KR101053781B1

KR101053781B1 - 친환경 기능성 도료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101053781B1
Application number: KR1020090018106A
Authority: KR
Inventors: 김한동; 안중재; 강준한
Original assignee: 주식회사 그린컬쳐스
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2011-08-05
Also published as: KR20100099552A

Abstract

본 발명은 친환경 기능성 도료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명 친환경 기능성 도료는 이트리아로 안정화된 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 입자 5 내지 20wt%와, 상기 지르코니아의 표면에 결합되는 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금 입자 각 0.25wt% 내지 0.0005wt%와, 상기 은 및 백금 입자가 표면에 결합된 상기 지르코니아 입자가 표면에 결합되는 0.1 내지 100㎛ 입경의 토르말린 입자 90 내지 79.999wt%로 이루어진 세라믹 복합체와, 상기 세라믹 복합체가 분산되되, 그 세라믹 복합체 5 내지 30wt%가 분산되는 70 내지 95wt%의 물과, 상기 세라믹 복합체와 상기 물의 혼합물 60 내지 95wt%에 대하여 5 내지 40wt%의 중량비로 첨가된 수용성 바인더를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 기존 수지도료 또는 세라믹 도료에서는 발견할 수 없는 친환경성 및 기능성을 발현시킬 수 있는 효과가 있다.

친환경, 지르코니아, 도료

Description

친환경 기능성 도료 및 그 제조방법{Environmentall-friendly and functional paint and manufacturing method thereof}

본 발명은 친환경 기능성 도료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기능성 물질의 복합체를 사용하여 도료에 내열성, 원적외선 방사특성, 음이온 방출, 항균특성, 내화학성, 내마모성, 비점착성을 이용하여 포름알데히드 감소, 항균성 부여 및 내 오염성을 부여할 수 있는 친환경 기능성 도료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 각종 실생활에 밀접한 관련이 있는 건축재, 마감재, 도료 등의 기능성을 향상시키기 위해 각종 친환경 소재의 개발과 사용방법 등이 다양하게 개발되어 사용되고 있다.

특히, 건축내외장재의 경우에는 기본적으로 포름알데히드와 같은 유해물질로부터 안전하고, 내구성, 내열성, 내부식성, 비점착성 등을 가지는 재료 또는 마감재가 요구되고 있다. 아울러 인체의 건강 증진을 위한 기능성의 부여 예를 들어 원적외선 방사, 음이온 방출, 항균성, 탈취성을 포함할 수 있는 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있다.

상기 원적외선은 빛의 파장이 인체의 피부속에 침해작용 없이 침투하여 인체세포를 구성하는 분자와 작용하여 각종 영양을 분해하여 영양의 균형을 유지하는 공명효과, 스스로 열을 내게 하는 특성이 있는 온열효과, 노폐물 배출 및 탈취작용을 하는 중화효과, 혈액순환을 촉진하는 자정 및 정혈효과가 탁월한 것으로 이미 알려져 있다.

또한 음이온은 공기정화, 먼지 제거, 살균작용, 인체 저항력증가 등이 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 원적외선 및 음이온 방출 소재를 각종 실생활용품이나 건축내외장재의 마감재인 도료에 적용하기 위한 연구가 진행 중이다.

기존의 건축내외장용 도료는 사용 용도에 따라 내열성 도료, 산화티타늄을 이용한 내오염성 도료, 무기질 법랑 코팅제, 불소수지 도료 등으로 구분되어 지며, 인체에 유익한 원적외선이나 음이온을 방사하는 작용을 일부 포함시킨 기능성 도료가 개발되었다.

그러나 유기화합물계 도료나 불소수지계 도료의 경우 인체의 유해성으로 인해 사용이 제약되고 있는 상태이고, 산화티타늄을 이용한 도료의 경우 가시광선이 투과되지 않는 영역에서는 그 효과가 미비한 것으로 밝혀지고 있어 친환경적인 건축내외장 도료로서의 사용이 제한되고 있다.

한편, 각종 세라믹에서 원적외선 방사, 음이온 방출이 되고 있다는 것이 알려진 후부터 각종 세라믹을 각종 수지물 등에 혼합하여 실생활제품 및 코팅제에 응용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그러나 이러한 종래의 기술들은 각각 그 특성에 따라서 적용범위가 한정되어 있거나, 사용된 세라믹 물질이 서로 다른 조성을 가지고 있어 건축내외장재에 필요한 다른 특성인 내마모성, 내열성, 내화학성 비점착성 등의 특성을 제대로 발휘하고 있지 못할 뿐만 아니라, 그 사용범위가 극히 제한되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 세라믹을 이용한 도료에서 그 세라믹 복합체를 이용하여, 다양한 기능성을 동시에 부가할 수 있는 친환경 기능성 도료 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 친환경 기능성 도료는, 이트리아로 안정화된 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 입자 5 내지 20wt%와, 상기 지르코니아의 표면에 결합되는 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금 입자 각 0.25wt% 내지 0.0005wt%와, 상기 은 및 백금 입자가 표면에 결합된 상기 지르코니아 입자가 표면에 결합되는 0.1 내지 100㎛ 입경의 토르말린 입자 90 내지 79.999wt%로 이루어진 세라믹 복합체와, 상기 세라믹 복합체가 분산되되, 그 세라믹 복합체 5 내지 30wt%가 분산되는 70 내지 95wt%의 물과, 상기 세라믹 복합체와 상기 물의 혼합물 60 내지 95wt%에 대하여 5 내지 40wt%의 중량비로 첨가된 수용성 바인더를 포함한다.

또한 본 발명 친환경 기능성 도료 제조방법은, a) 입경이 20 내지 50nm인 표면이 안정화된 지르코니아 입자를 제조하는 단계와, b) 기능성 충진제 분말인 입경이 1 내지 2nm인 은과 백금 입자 및 입경이 0.1 내지 100㎛인 토르말린 입자를 상기 지르코니아 입자와 함께 순수한 물에 혼합하고 교반시켜, 상기 지르코니아 입자의 표면에 은과 백금 입자가 코팅되고, 상기 은과 상기 백금 입자가 코팅된 상기 지르코니아가 상기 토르말린 입자의 표면에 코팅된 세라믹 복합체를 형성하는 단계와, c) 상기 b)단계의 결과물에 분산첨가제를 첨가하고 교반하여 상기 세라믹 복합체가 상기 물의 내에서 균일하게 분산되도록 하는 단계와, d) 상기 c) 단계의 결과물에 수용성 바인더를 첨가하고 교반하는 단계를 포함한다.

본 발명은 지르코니아가 가지는 내구성, 내열성, 내부식성 및 비점착성의 성질이 그대로 발현되도록 함과 아울러 그 지르코니아에 결합되어 고르게 분산되어지는 토르말린, 은 및 백금이 가지는 원적외선 방출, 탈취작용, 항균성, 음이온방출 특성 및 이러한 기능들의 촉매작용을 도료의 전체에서 고르게 나타나도록 함으로써, 기존 수지도료 또는 세라믹 도료에서는 발견할 수 없는 친환경성 및 기능성을 발현시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명 친환경 기능성 도료 및 그 제조방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 친환경 기능성 도료의 제조공정 순서도이다.

도 1을 참조하면 본 발명 친환경 기능성 도료의 제조방법은,

입경이 20 내지 50nm인 표면이 안정화된 지르코니아 입자를 제조하는 단 계(S10)와, 기능성 충진제 분말인 입경이 1 내지 2nm인 은과 백금 입자 및 입경이 0.1 내지 100㎛인 토르말린 입자를 상기 지르코니아 입자와 함께 순수한 물에 혼합하고 교반시켜, 상기 지르코니아 입자의 표면에 은과 백금 입자가 코팅되도록 하고, 그 은과 백금 입자가 코팅된 지르코니아가 상기 토르말린 입자의 표면에 코팅된 세라믹 복합체를 형성하는 단계(S20)와, 상기 S20단계의 결과물에 분산첨가제를 첨가하고 교반하여 상기 세라믹 복합체가 상기 물의 내에서 균일하게 분산되도록 하는 단계(S30)와, 상기 S30단계의 결과물에 수용성 바인더를 첨가하고 교반하는 단계(S40)를 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 친환경 기능성 도료의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, S10단계와 같이 표면이 안정화된 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 입자를 제조한다.

도 2는 상기 S10단계의 상세 제조공정 순서도이다.

도 2를 참조하면 상기 S10단계는 지르코니아 및 이트리아를 포함하는 원료물질 혼합용액을 준비하는 단계(S11)와, 상기 S11단계에서 준비된 원료물질 혼합용액을 가열하여 슬러리 상태를 가지며, 이트리아에 의해 표면이 안정화된 지르코니아를 제조하는 단계(S12)와, 상기 슬러리상의 지르코니아를 세정 및 필터링하여 습체 상태의 이트리아로 안정화된 입경이 20 내지 50nm인 지르코니아를 획득하는 단계(S13)와, 상기 습체 상태의 지르코니아를 건조시켜 이트리아로 표면이 안정화되며, 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 입자를 획득하는 단계(S14)를 포함한다.

이를 좀 더 상세히 설명하면 먼저 S11단계에서는, 원료물질인 ZrOCl₂ㆍ8H₂0와, YClㆍ6H₂0를 물과 수산화칼륨(KOH)의 혼합용액에 혼합한다. 상기 물과 수산화칼륨의 양은 반응에서 중요하지 않으며, 상기 ZrOCl₂ㆍ8H₂0와 YClㆍ6H₂0의 혼합중량비가 90:10 내지 98:2가 되도록 한다.

그 다음, S12단계에서는 상기 S11단계에서 획득한 혼합용액을 150 내지 200℃의 온도에서 24시간 가열하여, 슬러리 상태의 이트리아로 안정화된 지르코니아를 얻을 수 있게 된다.

그 다음, S13단계에서는 상기 슬러리 상의 이트리아로 안정화된 지르코니아 입자를 포함하는 슬러리를 물로 세정하고, 필터링하여 습체 상태의 이트리아로 안정화된 지르코니아를 획득한다.

상기 습체상에서도 상기 지르코니아의 입경은 20 내지 50nm이다.

그 다음, S14단계에서는 상기 습체 상태의 이트리아로 안정화된 지르코니아를 100℃에서 24시간 건조시켜, 이트리아로 안정화된 입경이 20 내지 50nm인 지르 코니아 입자 분말을 획득한다.

획득된 이트리아로 안정화된 지르코니아 입자 분말에는 지르코니아 입자가 90 내지 98wt%, 이트리아가 2 내지 10wt% 포함되어 있다.

그 다음, S20단계에서는 상기 획득된 지르코니아 입자와 함께 입경이 1 내지 2nm인 은, 백금 입자를 순수한 물에 혼합하며, 그 물에 입경이 0.1 내지 100㎛인 토르말린 입자를 혼합하고, 분산 시킨다.

상기 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금입자는 물리적인 분쇄하여 획득하거나, 은 및 백금을 산에 녹여 은 및 백금이온을 만든 다음 그 은 및 백금이온을 환원시켜 얻을 수 있다. 이처럼 본 발명에 사용하는 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금입자는 그 제조방법에 무관하게 적용하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 기능성 충진제로 사용된 토르말린 분말은 입경이 0.1~100㎛ 입자이면 그 제조방법에 무관하게 본 발명에서 사용할 수 있다.

상기 이트리아로 안정화된 지르코니아 입자와 은, 백금 입자 및 토르말린 입자의 혼합분말과 순수한 물의 중량비는 5:95 내지 30:70이며 바람직한 혼합비는 15:85이다.

또한, 상기 혼합분말 내에서의 이트리아로 안정화된 지르코니아 입자와 은, 백금 입자 및 토르말린의 중량비는 5:5:90 내지 20:0.001:79.999이며, 바람직하게는 15:0.1:84.9의 중량비로 상기 순수한 물에 첨가한다.

상기 5 내지 0.001의 중량비는 은과 백금 입자의 혼합 중량비이며, 은과 백 금은 각각 동일한 중량으로 혼합한다.

이와 같은 혼합에 의해 지르코니아 입자의 표면에 마련된 미세한 홈에 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금입자가 결합되며, 이에 따라 지르코니아 입자의 표면은 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금입자에 의해 코팅된 것과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

즉, 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 표면의 홈에 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금이 결합되도록 하여, 그 지르코니아의 특성 및 은 및 백금의 특성이 함께 발현될 수 있도록 한다.

또한, 상기 0.1 내지 100㎛ 입경의 토르말린 입자의 표면에는 상기 은 및 백금입자가 표면에 결합된 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 입자가 결합되도록 하여, 토르말린, 지르코니아, 은 및 백금이 하나의 입자처럼 응용될 수 있는 기능성의 세라믹 복합체를 형성한다.

그 다음, S30단계에서는 상기 물에 분산된 이트리아 안정화 지르코니아 입자, 은, 백금, 토르말린입자가 결합된 세라믹 복합체는 그 물 내에서 고른 분포의 분산이 어려우며, 고른 분산을 위해 다음과 같이 분산첨가제를 혼합한다.

상기 분산첨가제는 PVB(PolyVinyl Butyral), PVP(PolyVinyl Pyrrolidone), PVA(PolyVinyl Acetate) 또는 PEG(Poly Ethylene Glycol)를 사용할 수 있다. 상기 분산첨가제는 순수한 물과 이트리아 안정화 지르코니아 입자와 기타 입자들의 0.1 내지 1wt%의 중량비로 첨가하며, 바람직하게는 0.35wt%를 첨가한다.

이와 같은 분산첨가제를 첨가한 후, 교반 밀링하여 상기 입자들이 수용액 내에서 균일하게 분산될 수 있도록 한다.

그 다음, S40단계에서는 상기 세라믹 복합체가 고르게 분산된 물에 수용성 바인더를 사용한다.

상기 수용성 바인더는 아크릴 에멀젼과 같이 상온 건조용 수용성 바인더를 사용할 수 있으며, 상온에서 건조되는 휘발성유기화합물(VOC) 규제를 만족하는 바인더라면 제조방법과 관계없이 본 발명에서 사용이 가능하다.

상기 세라믹 복합체가 고르게 분산된 물과 상기 수용성 바인더의 혼합중량비는 5:95 내지 40:60wt%이고, 바람직하게는 20:80wt% 이다.

이와 같이 제조된 본 발명 친환경 기능성 도료는 도포 대상물의 표면에 스프레이를 이용하여 도포하거나, 솔 등으로 직접 도포하는 등 도포 방법에 무관하게 적용할 수 있으며, 필요에 따라 특별한 색상을 나타내는 화합물을 첨가하여 사용할 수 있다.

이와 같이 도포된 도료에서 물은 건조에 의해 제거되며, 상기 토르말린, 지르코니아, 은 및 백금 입자가 결합되어진 세라믹 복합체가 상기 수용성 바인더에 의해 도포 대상물에 도포된다.

이때 상기 세라믹 복합체는 토르말린이 가지는 원적외선 방출효과를 나타냄과 아울러 은의 탈취작용, 항균성 및 음이온방출 특성, 백금의 촉매작용에 의한 탈취작용, 항균성 및 음이온방출 특성의 향상작용 그리고 상기 지르코니아가 가지는 내구성, 내열성, 내부식성, 비점착성의 특성이 그대로 발현될 수 있게 된다.

<제조예>

이하에서는 상기와 같은 본 발명 친환경 기능성 도료의 구체적인 제조예를 설명한다.

먼저, 각각 90g과 10g의 중량인 ZrOCl₂ㆍ8H₂0과 YClㆍ6H₂0를 물과 수산화칼륨 혼합용액 50g에 혼합한다. 이때 수산화칼륨과 물 각각의 중량 및 총합계중량은 반응에는 무관하다.

그 다음, 상기 혼합용액을 200℃에서 24시간 가열하여 슬러리 상의 이트리아로 안정화된 지르코니아를 얻고, 물로 세정 및 필터링하여 평균입경이 30nm인 지르코니아를 획득한다.

그 다음, 상기 습체 상태의 이트리아로 안정화된 지르코니아를 100℃에서 24 시간 건조시켜, 이트리아로 안정화된 평균입경이 30nm인 지르코니아 분말을 획득한다.

그 다음, 상기 획득된 지르코니아 분말 30g과, 평균입경이 각각 2nm인 은과 백금 분말 0.1g씩을 준비한다.

그리고 평균입경이 10㎛인 토르말린 분말 170g을 준비한다.

준비된 30g의 이트리아로 안정화된 지르코니아 분말과 0.1g의 은 및 백금 분말, 170g의 토르말린 분말을 800g의 순수한 물에 첨가하여 어트리션 밀과 같은 고속 교반 분산장비를 이용하여 은, 백금 나노 입자가 지르코니아 입자의 표면에 코팅되도록 하고, 은과 백금으로 코팅된 지르코니아 입자를 토르말린 입자 표면에 코팅시킨다.

그 다음, 상기 물에 분산첨가제인 PVB를 0.29g첨가하고, 교반하여 상기 은 및 백금 입자가 표면에 코팅된 지르코니아가 표면에 다시 코팅된 토르말린 입자로 구성되는 세라믹 복합체를 상기 물에서 분산시킨다.

그 다음 아크릴 에멀젼 900g을 첨가하고 교반하여 최종 도료를 제조한다.

도 3 내지 도 6은 각각 일반적인 도료와 본 발명에 따른 친환경 기능성 도료의 항균성, 탈취, 원적외선 방출량 및 음이온 방출량의 시험성적서의 일부이다.

도 3 내지 도 6을 각각 참조하면 본 발명에 따른 친환경 기능성 도료는 항균성, 탈취의 기능성이 일반 도료에 비하여 월등하게 향상되었으며, 원적외선 방출 및 음이온의 방출량도 현저하게 증가함을 알 수 있다.

도 1은 본 발명 친환경 기능성 도료의 제조공정 순서도이다.

도 2는 도 1에서 S10단계의 상세 순서도이다.

Claims

a) 입경이 20 내지 50nm인 표면이 안정화된 지르코니아 입자를 제조하는 단계;

b) 기능성 충진제 분말인 입경이 1 내지 2nm인 은과 백금 입자 및 입경이 0.1 내지 100㎛인 토르말린 입자를 상기 지르코니아 입자와 함께 순수한 물에 혼합하고 교반시켜, 상기 지르코니아 입자의 표면에 은과 백금 입자가 코팅되고, 상기 은과 상기 백금 입자가 코팅된 상기 지르코니아가 상기 토르말린 입자의 표면에 코팅된 세라믹 복합체를 형성하는 단계;

c) 상기 b)단계의 결과물에 분산첨가제를 첨가하고 교반하여 상기 세라믹 복합체가 상기 물의 내에서 균일하게 분산되도록 하는 단계; 및

d) 상기 c) 단계의 결과물에 수용성 바인더를 첨가하고 교반하는 단계를 포함하는 친환경 기능성 도료 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 a) 단계는,

중량비가 90:10 내지 98:2가 되도록 ZrOCl₂ㆍ8H₂0와 YClㆍ6H₂0의 혼합물을 각각의 중량이 반응과는 무관한 물과 수산화칼륨의 혼합용액에 혼합하는 단계;

상기 혼합용액을 150 내지 200℃의 온도에서 24시간 가열하여 이트리아에 의해 표면이 안정화된 슬러리 상태의 지르코니아를 획득하는 단계;

상기 슬러리상의 지르코니아를 세정 및 필터링하여 습체 상태의 이트리아로 안정화된 입경이 20 내지 50nm인 지르코니아를 획득하는 단계; 및

상기 습체 상태의 지르코니아를 100℃에서 24시간 건조시켜 이트리아로 표면이 안정화되며, 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 입자를 획득하는 단계를 포함하는 친환경 기능성 도료 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 b) 단계는,

상기 이트리아로 안정화된 지르코니아 입자, 은 입자, 백금 입자 및 토르말린 입자의 혼합분말의 총중량과 상기 순수한 물의 중량비는 5:95 내지 30:70이며,

상기 혼합분말의 중량을 100중량부로 할때 상기 이트리아로 안정화된 지르코니아 입자, 은 입자, 백금 입자, 토르말린 입자의 중량비는 5:2.5:2.5:90 내지 20:0.0005:0.00057:9.999인 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 도료 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 c) 단계의 상기 분산첨가제는,

PVB(PolyVinyl Butyral), PVP(PolyVinyl Pyrrolidone), PVA(PolyVinyl Acetate) 또는 PEG(Poly Ethylene Glycol)이며, 상기 혼합분말 99 내지 99.9wt%에 대하여 0.1 내지 1wt%의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 도료 제조방법.
이트리아로 안정화된 20 내지 50nm 입경의 지르코니아 입자 5 내지 20wt%와, 상기 지르코니아의 표면에 결합되는 1 내지 2nm 입경의 은 및 백금 입자 각 0.25wt% 내지 0.0005wt%와, 상기 은 및 백금 입자가 표면에 결합된 상기 지르코니아 입자가 표면에 결합되는 0.1 내지 100㎛ 입경의 토르말린 입자 90 내지 79.999wt%로 이루어진 세라믹 복합체;

상기 세라믹 복합체가 분산되되, 그 세라믹 복합체 5 내지 30wt%가 분산되는 70 내지 95wt%의 물; 및

상기 세라믹 복합체와 상기 물의 혼합물 60 내지 95wt%에 대하여 5 내지 40wt%의 중량비로 첨가된 수용성 바인더를 포함하는 친환경 기능성 도료.
제5항에 있어서,

상기 지르코니아 입자는 2 내지 10wt%의 이트리아로 안정화된 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 도료.